JPH04331007A - セラミックス切削工具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高硬度材料を高能率で
切削できるアルミナ系セラミックス切削工具に関する。

【０００２】

【従来の技術】合金工具鋼等の高硬度材料、特にロック
ェルＣ硬度（ＨＲＣ）で５０以上又はビッカース硬度（
ＨＶ）で５００Ｋｇｆ／ｍｍ２以上の高硬度材料は、機
械加工が極めて難しく、特に通常の超硬合金等の切削工
具では殆ど切削できないほど切削加工が困難である。

【０００３】従来、かかる高硬度材料の切削には、立方
晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）焼結体からなる切削工具、又は
黒セラと称されるＡｌ２Ｏ３−ＴｉＣ系セラミックス焼
結体初めとするアルミナ系焼結体からなる切削工具が用
いられていた。

【０００４】しかし、ＣＢＮ焼結体切削工具は、その製
造プロセスに超高圧超高温を必要とすることから、超硬
合金切削工具に比べて価格が極めて高価であり、又製造
できる工具の形状にも大幅な制限が加わる等の欠点があ
つた。一方、黒セラ切削工具は安価であり工具形状にも
かなりの自由度があるものの、実際に高硬度材料を切削
すると靭性の不足が目立ち、チッピングやフレーキング
が発生しやすい等、安定した切削を行うことが難しいの
が現実であつた。

【０００５】この様に、高硬度材料の切削が困難になる
のは切削抵抗の三分力のうち背分力が非常に大きくなる
ためと考えられ、従って安価ではあるが耐欠損性に不安
のある黒セラ等のアルミナ系セラミックス焼結体切削工
具については、その強度及び靭性を改善向上させること
が必要とされている。

【０００６】そこで従来、Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＣ系等のＡ
ｌ２Ｏ３系セラミックス焼結体について、ＨＩＰ処理に
よりＡｌ２Ｏ３結晶粒子及びＴｉＣ粒子の粒径を小さく
する方法（特公平１−２２２２３号公報）、或はＮｂ、
Ｖ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｈｆ等を金属又は酸化物の形で添加し
、ＴｉＣを均一微細に分散させて焼結体強度を向上させ
る方法（特公昭６３−３５５８７号公報）が提案されて
いる。これらの方法により、焼結体中に存在するポアを
無くして強度及び硬度を向上させることは可能になった
が、背分力が特に大きくなる高硬度材料の切削において
は尚その強度及び耐摩耗性が十分とはいえない。

【０００７】上記方法以外に、切削工具のすくい面をラ
ッピングして切粉の排出を容易にすることにより、切削
抵抗の低減を図る方法も取られている。又、ブレーカー
を設ける等して切削抵抗を低減する方法も当然考えられ
るが、セラミックス切削工具では強度面での不安があり
且つ製造上の制約もあるため普及していない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる従来の
事情に鑑み、本質的にＡｌ２Ｏ３−ＴｉＣ系等の低価格
のアルミナ系セラミックス焼結体からなり、ＨＲＣで５
０以上又はＨＶで５００Ｋｇｆ／ｍｍ２以上の高硬度材
料を高能率で且つ長寿命で切削することの出来るセラミ
ックス切削工具を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
、本発明のセラミックス切削工具においては、Ａｌ２Ｏ
３マトリックス中に１０〜５０重量％のＴｉの炭化物、
窒化物、炭窒化物又は炭窒酸化物から選ばれた少なくと
も１つの化合物を含有したアルミナ系セラミックス焼結
体の母材と、該母材の表面に設けたＴｉの炭化物、窒化
物又は炭窒化物若しくはこれらの組み合わせからなる合
計膜厚０．２〜１０μｍの被覆層とを備えたことを特徴
とする。

【００１０】

【作用】本発明では、上記特定の母材と被覆層との組み
合わせにより、被覆層に生ずる表面圧縮残留応力が母材
であるＡｌ２Ｏ３系セラミックス焼結体の靭性を向上さ
せ、且つ被覆層の摩擦係数が研削された従来のＡｌ２Ｏ
３−ＴｉＣ系等のセラミックス焼結体表面の摩擦係数よ
りも小さいため、切粉の排出が良く切削抵抗が軽減され
る。その結果、本発明のセラミックス切削工具は高硬度
材料切削用として靭性及び耐摩耗性に優れ、従来の被覆
層を有しないＡｌ２Ｏ３−ＴｉＣ系焼結体等からなるセ
ラミックス切削工具に比べ数倍の寿命で、能率的に安定
した切削を行うことが出来る。

【００１１】特に、被覆層の最外層は、被覆層が単層で
あっても複層であっても、ＴｉＮとすることが好ましい
。ＴｉＮはＴｉＣ及びＴｉＣＮに比べて摩擦係数が小さ
く、高硬度材料切削時の切削抵抗を軽減する効果が大き
いからである。

【００１２】母材となるアルミナ系セラミックス焼結体
は、Ａｌ２Ｏ３のマトリックス中にＴｉの炭化物、窒化
物、炭窒化物又は炭窒酸化物から選ばれた少なくとも１
つの化合物を含有したものである。これらのＡｌ２Ｏ３
系セラミックス焼結体は、強度並びに硬度が高く従来か
ら高硬度材料の切削工具として使用されていたものであ
る。しかし、本発明の切削工具の母材として用いるため
には、Ｔｉ炭化物、窒化物、炭窒化物又は炭窒酸化物の
添加量が１０重量％未満では焼結体の強度及び硬度が低
く、又５０重量％を越えると焼結性が悪くなるので、１
０〜５０重量％の範囲とする。

【００１３】尚、母材となる上記焼結体の製造方法は公
知であり、所定割合に混合した原料粉末組成物を１５０
０〜１９００℃程度の温度で焼結すれば良い。焼結法と
してはホットプレス法が好ましいが、普通焼結法やＨＩ
Ｐ法を採用することも出来る。又、焼結に際しては、添
加物としてＮｉＯ、Ｙ２Ｏ３、ＭｇＯ等の公知の焼結助
剤を用いて良いことは当然である。

【００１４】上記母材表面に設ける被覆層は、Ｔｉの炭
化物、窒化物又は炭窒化物の単層か、若しくはこれらを
組み合わせた複層からなる。単層又は複層いずれの場合
であつても、被覆層の合計膜厚は０．２〜１０μｍの範
囲とする。その理由は、０．２μｍ未満の膜厚では靭性
や耐摩耗性の向上効果か小さく、１０μｍを越えると被
覆層自体の靭性が低下するからである。

【００１５】上記被覆層の形成には、公知のＰＶＤ法や
ＣＶＤ法などの物理的又は化学的な気相からの析出によ
る皮膜形成方法を利用することが出来る。

【００１６】

【実施例】平均粒径０．４μｍのＡｌ２Ｏ３粉末に平均
粒径１．０μｍのＴｉＣ粉末を３０体積％混合し、この
混合粉末を黒鉛ダイスに充填した後、アルゴンガス中に
おいて３０ＭＰａの圧力の下に１６５０℃で１時間ホッ
トプレス焼結して、型番ＳＮＧＮ１２０４０８の切削チ
ップ形状の焼結体を製造した。

【００１７】得られたＡｌ２Ｏ３−ＴｉＣ焼結体を母材
とし、その表面に通常のＰＶＤ法により表１に示す被覆
層をそれぞれ形成して、切削チップＡ〜Ｇ（但し、切削
チップＦとＧは比較例）を作製した。又、被覆層を形成
せず、Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＣ焼結体のみからなる切削チッ
プＨ（比較例）も準備した。

【００１８】次に、各切削チップＡ〜Ｈを用い、下記条
件での切削試験を行った。 切削条件：被　削　材…ＳＫＤ１１（ＨＲＣ　６０）切
削速度…１００ｍ／ｍｉｎ． 送　　　　り…０．１ｍｍ／ｒｅｖ． 切り込み…１．０ｍｍ ホルダー…ＦＮ１１Ｒ４４Ａ 切　削　油…乾式 切削時間…１０ｍｉｎ．

【００１９】上記切削試験において、各切削チップの被
覆層の剥離状態を観察し、又試験後の各切削チップにつ
いてフランク摩耗幅を測定し、表１に切削試験結果とし
て併せて記載した。

【００２０】

【表１】

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、ＨＲＣで５０以上又は
ＨＶで５００Ｋｇｆ／ｍｍ２以上の高硬度材料を高能率
で且つ長寿命で切削できる、高靭性で耐摩耗性に優れた
低価格のセラミックス切削工具を提供することが出来る
。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　Ａｌ２Ｏ３マトリックス中に１０〜５
   ０重量％のＴｉの炭化物、窒化物、炭窒化物又は炭窒酸
   化物から選ばれた少なくとも１つの化合物を含有したア
   ルミナ系セラミックス焼結体の母材と、該母材の表面に
   設けたＴｉの炭化物、窒化物又は炭窒化物若しくはこれ
   らの組み合わせからなる合計膜厚０．２〜１０μｍの被
   覆層とを備えたことを特徴とするセラミックス切削工具
   。
2. 【請求項２】　　被覆層の最外層がＴｉＮであることを
   特徴とする、請求項１記載のセラミックス切削工具。